JPH0592290A - 垂直多関節形産業用レーザロボツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ光のエネルギー損失を低減しレーザ光
が正確に送受光できるとともに、絶対精度の高い垂直多
関節形産業用レーザロボットを得る。 【構成】 ボールネジ４ｂはセンターアーム３の窓３ａ
に係合された第２軸ベアリングユニット５と螺合し、ボ
ールネジ９ｂはリンクＡ７の窓７ａに係合された第３軸
ベアリングユニット１０と螺合して、上記センターアー
ム３およびリンクＡ７を介してフロントアーム６を旋回
させるとともに、外部光路管１２はターンテーブル２の
光路出口端とフロントアーム６のレーザ光路入出端とを
連結しレーザ光を通過させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザエネルギーを
利用した溶接や切断等のレーザ加工に用いられる垂直多
関節形産業用レーザロボットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近時、レーザビームを射出するビーム出
力端、即ち、レーザヘッドをロボット機体の先端に具備
して、溶接、切断、バリ取り等に適用するようにした垂
直多関節形産業用レーザロボット（以下、単にレーザロ
ボットと呼ぶ）が提供されている。この種のレーザロボ
ットにおいては、レーザ光源からロボット機体に導入し
たレーザビームをロボット手首先端に装着したノズル型
ビーム出力部へ誘導する光学的構造が必要であると共
に、レーザビームを照射経路に沿って移動させるための
手首動作自由度を付与する必要を満たさねばならない。

【０００３】図３、図４は、例えば、特開平２−２００
３９１号公報に示された従来のレーザロボットの側面図
と背面図であり、ロボットベース４１上に旋回胴４２を
有し、この旋回胴４２の上端から前側にオフセットした
胸部４２ａに第１ロボット腕４４の後端４４ｂが枢着さ
れ、該第１ロボット腕４４の先端４４ａに第２ロボット
腕４６の後端４６ｂが枢着され、更に、該第２ロボット
腕４６の先端４６ａにレーザ光発出部を形成するロボッ
ト手首４８が取付けられている。そして、旋回胴４２の
前記胸部４２ａの両側には第１、第２ロボット腕４４、
４６のＷ軸回り、Ｕ軸回りの旋回駆動源を成す電動モー
タＭｗとＭｕとが設けられている。

【０００４】また、旋回胴４２の頂部４２ｂと第２ロボ
ット腕４６の後端４６ｂとの間には中空ボールスプライ
ンナット５２とボールスプライン軸５４とから構成さ
れ、ボールスプラインナット５２は中空筒５０に固定さ
れ、この中空筒５０の下端は、レーザ光の進路変更のた
めの反射を行うミラーを内蔵したレーザ光路接続器５８
を介して旋回胴４２に結合されている。又、中空ボール
スプライン軸５４の上端は、レーザ光路接続器６０を介
して第２ロボット腕４６に結合されている。

【０００５】次に動作について説明する。レーザロボッ
ト機体外に設けられたレーザ光発振器からレーザロボッ
ト機体に装着されている外部管路６２ａ、外部光路ミラ
ー６２ｂ、外部管路６２ｃを経由しロボットの旋回胴４
２の上端に導入されたレーザ光は、ミラーユニット６４
ａで反射、進路変更され、レーザ光路接続器５８内のミ
ラーユニット６４ｂで再び反射、進路変更されて上記レ
ーザ光通路手段５０に導入され、次いでレーザ光路接続
器６０内のミラーユニット６４ｃで反射、進路変更さ
れ、第２ロボット腕４６の後端４６ｂに設けられたミラ
ーユニット６４ｄで再度、反射、進路変更後に該第２ロ
ボット腕４６内を直進して、ロボット手首４８に達する
ようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザロボット
は、従来例として示した図３の他、一般のレーザロボッ
トの多くにおいて、図３のｌで示すように第１ロボット
腕４４が旋回胴４２の回転中心より前方にシフトした構
成となっているため、ロボットを旋回動作させ、さらに
第１ロボット腕４４をＷ方向に動作させるには、どうし
てもレーザ光路接続器５８と６０の間には、伸縮自在な
光管路を確保せざるを得ない構成となっている。

【０００７】このためこれを光軸特性的に見た場合、対
向する一対のミラーユニット６４ｂ、６４ｃ間は堅固に
固定されている方が望ましく、使用中にこの部分でガタ
とか曲げの変形が発生すると、ミラーユニット６４ｂ、
６４ｃ間でレーザ光の正確な送受光が行われなくなり、
場合によっては先端部での正確な加工ができなくなる。

【０００８】また図３、図４に示された従来のレーザロ
ボットの第２軸および第３軸駆動部には、一般にロボッ
ト用減速機としてＲＶ減速機（帝人製機製）が使用され
ている他、イタリアのコマウ社のレーザロボットのよう
に第２軸のモータを回転中心よりシフトして配置してい
る場合には、タイミングベルト、ギヤ列が用られている
が、いずれにおいても減速機系のロストモーションやガ
タあるいはヒステリシスロスや伝達誤差は避けられず
（Ｅｘ、出力軸角度にて１分〜３分）これ以上の絶対精
度を向上させることは困難であった。

【０００９】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、レーザ光のエネルギー損失を低
減しレーザ光が正確に送受光できるとともに、絶対精度
の高いレーザロボットを得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係るレーザロ
ボットは、レーザ光路を内包するターンテーブルと、略
中央部に開口部を有し、上記ターンテーブルと関節結合
軸Ａで関節結合された第１のアームと、レーザ光路を内
包し、上記第１のアームと関節結合軸Ｂで関節結合され
た第２のアームと、上記第１のアームの開口部に位置す
るようにねじ棒端部が上記ターンテーブルに旋回自在に
係合されると共に、ナット部が上記第１のアームの開口
部に係合され、上記第１のアームを旋回させる第１のボ
ールネジと、略中央部に開口部を有し、上記関節結合軸
Ａの一方側に位置し、一方端部が上記第２のアームに、
他方端部が上記ターンテーブルにそれぞれが回転可能に
係合されたリンクと、上記リンクの開口部が位置するよ
うにねじ棒端部が上記ターンテーブルに旋回自在に係合
されると共に、ナット部が上記リンクの開口部に係合さ
れ、上記リンクを介して上記第２のアームを旋回させる
第２のボールネジと、関節結合軸Ａの他方側に位置し、
レーザ光を直角に偏光する一対のレーザ光偏光手段を有
し、上記一対のレーザ光偏光手段間のレーザ光路管が固
定され、上記関節結合軸Ａ上に設けられた上記ターンテ
ーブルのレーザ光路出口端と上記関節結合軸Ｂに設けら
れた上記第２のアームのレーザ光路入出端とを連結する
レーザ光通路手段とを備えたものである。

【００１１】

【作用】この発明における第１のボールネジは第１のア
ームの開口部に係合されたナット部と螺合し、第２のボ
ールネジは第２のアームの開口部に係合されたナット部
と螺合して上記第１のアームおよび第２のアームを介し
てフロントアームが旋回されるとともに、レーザ光通路
手段はターンテーブルの光路出口端と第２のアームのレ
ーザ光路入出端とを連結しレーザ光を通過させる。

【００１２】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図１、図２によ
り説明する。図１、図２はこの発明によるレーザロボッ
トの第２軸および第３軸の駆動構造を示し、図１はその
側面図、図２はその背面図を示す。図において、１は床
面に固定されたベース、２は前記ベース１に対して回転
自由に支持されているターンテーブル、３はその下端部
の両側を下方に突き出させ、この部分が前記ターンテー
ブル２に支持されて、Ｙ方向に回転自由となっており、
またその中心部にはＹ方向に貫通した開口部としての長
方形の窓３ａを有した第１のアームとしてのセンターア
ームで、本発明の第２軸に相当する部分である。

【００１３】４は前記センターアーム３の中心部に設け
られた窓３ａに組み込まれ、前記ターンテーブル２とセ
ンターアーム３とをサーボモータ４ａおよび第１のボー
ルネジとしての予圧されたボールネジ４ｂによって連結
する第２軸駆動ユニット、５は前記センターアーム３と
予圧されたボールネジ４ｂとを回転自由に支持するナッ
ト部としての第２軸ベアリングユニット、６は前記セン
ターアーム３の上端でＺ方向に回転自由に支持されてい
るフロントアームで、本発明の第３軸に相当する部分で
ある。

【００１４】７は前記フロントアーム６の後方部にて前
記センターアーム３とは平行になっており、またその中
心部にはＹ方向に貫通した開口部としての長方形状の窓
７ａを有した第２のアームとしてのリンクＡ、８は前記
センターアーム３の下端、回転中心部と前記リンクＡ７
の下端部を回転自由に連結し、前記フロントアーム６と
は平行になっているリンクＢである。上記リンクＡ７と
上記リンクＢ８とによってリンクを構成する。

【００１５】９は前記リンクＡ７の中心部に設けられた
窓７ａに組み込まれ、前記ターンテーブル２とリンクＢ
８とをサーボモータ９ａおよび第２のボールネジとして
の予圧されたボールネジ９ｂとによって連結する第３軸
駆動ユニット、１０は前記リンクＢ８と予圧されたボー
ルネジ９ｂとを回転自由に支持するナット部としての第
３軸ベアリングユニット、１１は前記ターンテーブル２
の上部と前記センターアーム３の上部とを回転自由に連
結するコイルバネ等を内蔵したアームバランサである。

【００１６】１２は、一例としてその下端部を前記ター
ンテーブル２とは回転自由に支持され、またその上端部
を前記センターアーム３の上部に固定されているレーザ
光路管としての外部光路管で、その下端部および上端部
にそれぞれ一体となって固定された一対の対向するレー
ザ光偏光手段としてのベンドミラーＡ１３とベンドミラ
ーＢ１４を有している。１５は前記フロントアーム６の
前方部に設けられたベンドミラーユニット、１６は前記
ベンドミラーユニット１５からの反射光を受光し、さら
にそれを集光するための放物面鏡を有する加工ヘッドで
ある。

【００１７】次に動作について説明する。まず最初に第
２軸の駆動構造については、前記サーボモータ４ａを駆
動すると予圧されたボールネジ４ｂが回転する。すると
このボールネジ４ｂに螺合されている第２軸ベアリング
ユニット５は、ボールネジ４ｂの回転に伴ってボールネ
ジ４ｂの軸方向に移動する。するとセンターアーム３に
第２軸ベアリングユニット５が支持されているので、第
２軸ベアリングユニット５の移動に伴って、センターア
ーム３、外部光路管１２へと伝わり、結果としてセンタ
ーアーム３および外部光路管１２が一緒に図１で示すＹ
方向に回転する。

【００１８】次に第３軸の駆動構造については、前記サ
ーボモータ９ａを駆動すると予圧されたボールネジ９ｂ
が回転する。するとこのボールネジ９ｂに螺合されてい
る第３軸ベアリングユニット１０は、ボールネジ９ｂの
回転に伴ってボールネジ９ｂの軸方向に移動する。する
とリンクＡ７にリンクＢ８を介して第３軸ベアリングユ
ニット１０が支持されているので、第３軸ベアリングユ
ニット１０の移動に伴って、リンクＢ８、リンクＡ７お
よびフロントアーム６へと伝わり、結果としてフロント
アーム６が図１に示すＺ方向に回転する。

【００１９】上述したように外部光路管１２は、センタ
ーアーム３の関節結合部およびフロントアーム６の関節
結合部間に配設され、かつ上記関節結合部に固定されて
いるので、従来例のように外部光路管１２が伸縮しない
ので、外部光路管１２のガタとか曲げの変形、さらには
光路長さの変動によるバラツキ等の心配はない。

【００２０】また、センターアーム３を旋回させるため
にボールネジ４ｂが上記センターアーム３に係合され、
さらにリンクＡ７を介してフロントアーム６を旋回させ
るために上記リンクＡ７にボールネジ９ｂが係合されて
おり、上記センターアーム３、フロントアーム６が旋回
するとき、これらセンターアーム３、ボールネジ４ｂお
よびフロントアーム６、ボールネジ９ｂなどといった第
２軸および第３軸の駆動部が、上記外部光管路１２に干
渉しない様に配設されており、かつセンターアーム３、
フロントアーム６を旋回させるために上記予圧されたボ
ールネジ４ｂ、９ｂを用いているので精度的においても
ボールネジ４ｂ、９ｂが保有する特性として数μｍのリ
ード誤差におさめることができる。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、第１
のボールネジは第１のアームの開口部に係合されたナッ
ト部と螺合し、第２のボールネジは第２のアームの開口
部に係合されたナット部と螺合して上記第１のアーム、
第２のアームが旋回されるとともに、レーザ光通路手段
はターンテーブルの光路出口端と第２のアームのレーザ
光路入出端とを連結しレーザ光を通過させるように構成
されているのでレーザ光が正確に送受光でき先端部での
正確な加工ができる。また、アームの駆動部には予圧さ
れたボールネジを用いたので、従来の減速機、タイミン
グベルト、ギヤ列など用いていないので、ロストモーシ
ョンやガタ、あるいはヒステリシスロスや伝達誤差は少
なく、絶対精度を著しく向上させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による垂直多関節形産業用
レーザロボットの第２軸および第３軸の駆動構造を示す
側面図である。

【図２】この発明の一実施例による垂直多関節形産業用
レーザロボットの第２軸および第３軸の駆動構造を示す
背面図である。

【図３】従来の垂直多関節形産業用レーザロボットの側
面図である。

【図４】従来の垂直多関節形産業用レーザロボットの背
面図である。

【符号の説明】

１ ベース ２ ターンテーブル ３ センターアーム ３ａ 窓 ４ 第２軸駆動ユニット ４ａ サーボモータ ４ｂ 予圧されたボールネジ ５ 第２軸ベアリングユニット ６ フロントアーム ７ リンクＡ ７ａ 窓 ８ リンクＢ ９ 第３軸駆動ユニット ９ａ サーボモータ ９ｂ 予圧されたボールネジ １０ 第３軸ベアリングユニット １１ アームバランサ １２ 外部光路管 １３ ベンドミラーＡ １４ ベンドミラーＢ １５ ベンドミラーユニット １６ 加工ヘッド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光路を内包するターンテーブル
   と、略中央部に開口部を有し、上記ターンテーブルと関
   節結合軸Ａで関節結合された第１のアームと、レーザ光
   路を内包し、上記第１のアームと関節結合軸Ｂで関節結
   合された第２のアームと、上記第１のアームの開口部に
   位置するようにねじ棒端部が上記ターンテーブルに旋回
   自在に係合されると共に、ナット部が上記第１のアーム
   の開口部に係合され、上記第１のアームを旋回させる第
   １のボールネジと、略中央部に開口部を有し、上記関節
   結合軸Ａの一方側に位置し、一方端部が上記第２のアー
   ムに、他方端部が上記ターンテーブルにそれぞれが回転
   可能に係合されたリンクと、上記リンクの開口部が位置
   するようにねじ棒端部が上記ターンテーブルに旋回自在
   に係合されると共に、ナット部が上記リンクの開口部に
   係合され、上記リンクを介して上記第２のアームを旋回
   させる第２のボールネジと、関節結合軸Ａの他方側に位
   置し、レーザ光を直角に偏光する一対のレーザ光偏光手
   段を有し、上記一対のレーザ光偏光手段間のレーザ光路
   管が固定され、上記関節結合軸Ａ上に設けられた上記タ
   ーンテーブルのレーザ光路出口端と上記関節結合軸Ｂに
   設けられた上記第２のアームのレーザ光路入出端とを連
   結するレーザ光通路手段とを備えたことを特徴とする垂
   直多関節形産業用レーザロボット。